Introdução
Os ventiladores centrífugos são um dos dispositivos que têm um impacto significativo no transporte de grandes volumes de ar em aplicações industriais e sistemas AVAC. Devido à sua construção simples, estes dispositivos mecânicos de preço acessível tornaram possível o aproveitamento da força centrífuga, permitindo assim que o ar seja aspirado a partir da parte central e expelido na direção radial. A seleção de um tipo de ventilador adequado e de um design de ventilador centrífugo é essencial não só para maximizar a funcionalidade do ventilador, mas também para aumentar a eficiência e a vida útil do equipamento em questão. Não importa se o componente em referência é um ventilador de pás curvadas para a frente ou um ventilador de pás radiais. Os elementos de design estão disponíveis e podem determinar totalmente o desempenho do sistema de movimentação de ar.
Principais benefícios do design adequado do ventilador centrífugo
Um ventilador centrífugo corretamente fabricado e concebido deve utilizar todos os recursos para aumentar ainda mais a eficiência de funcionamento do ventilador. O uso eficiente da energia é o benefício mais aparente que surge do aumento do desempenho de um ventilador centrífugo e, por sua vez, significa custos operacionais mais baixos. Ao utilizar ventiladores radiais, os engenheiros projectam pás e carcaças de ventiladores centrífugos que melhoram a função do ventilador radial de aspirar ar limpo, reduzindo o consumo de energia e mantendo o desempenho pretendido do ventilador.
Além disso, um ventilador centrífugo devidamente projetado pode ser útil para aumentar o caudal de ar e a pressão para uma utilização óptima noutras aplicações de ventiladores. Isto é especialmente crítico em áreas industriais onde o ventilador tem de bombear eficazmente o ar de exaustão ou qualquer outra substância gasosa, de modo a manter uma atmosfera de trabalho segura e eficiente. Juntamente com o desempenho, um ventilador centrífugo adequado pode reduzir os níveis de ruído, incorporando condições de trabalho confortáveis para o pessoal.
Por fim, os ventiladores centrífugos concebidos também duram mais tempo e são menos propensos a quebrar. Os engenheiros podem reduzir as hipóteses de necessidade de manutenção regular e até melhorar a longevidade do ventilador, utilizando materiais de qualidade e melhorando o design das peças do ventilador. Isto não só conservará, fornecerá e eliminará quaisquer doenças respiratórias, como também assegurará que o ventilador centrífugo é fiável e eficaz durante toda a sua vida útil.
O que é um ventilador centrífugo?
O ventilador centrífugo (ou ventilador radial) pode ser definido como um dispositivo capaz de mover o ar ou outros gases de um ponto inferior para um ponto superior, de modo a criar um fluxo de ar através de um ou mais sistemas rotativos ou axiais. Por isso, para saber mais sobre um ventilador em particular, é necessário compreender bem os princípios básicos de funcionamento dos padrões de circulação e os principais factores que estão na sua origem. Todos os aspectos que afectam a configuração da hélice do ventilador centrífugo, incluindo a posição da hélice rotativa e a orientação do ar que entra no ventilador, devem ser precisos para se obterem resultados eficazes e eficientes.
Os princípios básicos do funcionamento do ventilador centrífugo
As hélices dos ventiladores centrífugos são constituídas por pás montadas num cubo central que provocam o fluxo de ar. Por sua vez, o interior do impulsor está acoplado a um motor elétrico que serve para rodar o impulsor. Neste fenómeno, o ar entra pela parte central do rotor que gira e, em seguida, devido ao princípio centrífugo, o ar é forçado a sair. A voluta, caracterizada por uma forma espiralada que envolve o impulsor, serve para receber as asas de alta velocidade do ar e ajudar a direccioná-lo para a saída. Aqui, o ar encontra-se normalmente a alta velocidade e pressão, à medida que o sistema se desvia, tornando-o útil para muitos fins.
Componentes principais e respectivas funções
Impulsor: Trata-se de uma peça rotativa com lâminas que induzem o fluxo de ar e o deslocam para os lados exteriores.
Voluta: A forma em espiral da caixa do ventilador com um corpo plano que ajuda a captar e a canalizar o ar do espaço circundante para a saída do ventilador, de modo a que ocorra um aumento de energia.
Eixo do ventilador: O cicloide que liga o impulsor ao motor elétrico capaz de efetuar movimentos rotativos.
Motor: A fonte de energia que acciona o impulsor rotativo, assegurando o bom funcionamento da ventoinha.
É a integração harmoniosa destes componentes que influencia as caraterísticas de desempenho do ventilador centrífugo em termos de caudal de ar eficiente, capacidades de aumento da pressão de descarga e campo de aplicação em sistemas industriais e AVAC.
Quais são os factores mais críticos na conceção de ventiladores centrífugos?
Os diferentes tipos de ventiladores centrífugos requerem a consideração de alguns condicionalismos para se conseguir um projeto satisfatório. Estas incluem a conceção aerodinâmica, a escolha dos materiais e a configuração das pás. Têm influência no caudal, na diminuição da pressão e na eficiência do ventilador em geral.
Aerodinâmica dos ventiladores centrífugos
A construção do ventilador central também é importante para entender e operar, onde mais uma vez, a temperatura da pá e o diâmetro do cubo são parâmetros críticos. Factores como a forma da roda do ventilador, o ângulo da pá, bem como o espaçamento das pás, têm um efeito muito profundo no desempenho do ventilador em termos de geração de caudal de ar e geração de alta pressão. Por exemplo, a velocidade de rotação do ventilador, ou seja, a velocidade do ventilador, afecta a facilidade com que o ar é empurrado através do sistema.
Em particular, a Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE) estabeleceu que é possível aumentar a eficiência de um ventilador centrífugo até 20%, com uma alteração adequada na sua conceção em condições aerodinâmicas óptimas. A conceção adequada da interação entre a roda do ventilador e a caixa de rolagem circundante assegura um fluxo de ar mais suave, reduzindo a turbulência para um funcionamento mais silencioso e menos perdas de energia.
Seleção de materiais para durabilidade e eficiência
A durabilidade de um ventilador centrífugo depende não só da estrutura, mas também da eficiência do desempenho do ventilador durante um período de tempo. O impulsor, a caixa e as pás são feitos de materiais que podem suportar as condições ambientais prevalecentes, como a temperatura, a humidade e a corrosão. Os materiais compostos da roda do ventilador, que incluem aço, alumínio, plástico reforçado, etc., são utilizados de acordo com o objetivo do ventilador. A escolha correta destes materiais, aumentando a resistência ao desgaste dos materiais de construção do ventilador, contribuirá para o seu desempenho melhor e mais estável durante períodos mais longos.
Design da lâmina e seu impacto no desempenho
O que é provavelmente o aspeto mais importante do design do impulsor do ventilador centrífugo é a configuração das pás do ventilador. Existem vários tipos de pás, como as pás curvadas para a frente, as pás inclinadas para trás e as pás radiais, que têm caraterísticas e desempenho diferentes.
Embora as pás curvadas para a frente possam deslocar o ar num volume muito elevado, normalmente têm um fraco aumento da pressão estática. Em contrapartida, as pás inclinadas para trás são mais eficientes e devem ser utilizadas em aplicações de alta pressão.
Simultaneamente, os ventiladores centrífugos de pás radiais são concebidos para circunstâncias mais severas, com preocupações relativas à velocidade específica, força estrutural e resistência à contaminação do fluxo de ar. Em todos os diferentes tipos de pás disponíveis, o tipo certo para o aspeto certo determina o caudal, o desenvolvimento da pressão e a eficiência geral do sistema, pelo que todos os factores devem ser considerados em qualquer aplicação.
Tipos de ventiladores centrífugos e suas aplicações
Os ventiladores centrífugos variam em tipo, normalmente de acordo com a conceção do percurso do fluxo e o desempenho necessário. A escolha correta, em função dos requisitos da aplicação, é muito importante e aumenta a eficiência estática, bem como o desempenho geral do sistema.
Ventiladores curvados para a frente
Os ventiladores com curvatura para a frente são também designados por ventiladores centrífugos. Este tipo de design de ventilador funciona com pás que se movem na direção exacta do movimento do impulsor. Estes tipos funcionam a uma pressão mais baixa e a construção das pás para a frente ajuda estes ventiladores a obter um maior caudal de ar. No entanto, isto geralmente leva a índices de desempenho mais baixos em relação a outros tipos, especialmente em situações em que a eficiência estática é pertinente. Este tipo de ventilador funciona quando há necessidade de movimentar grandes volumes de ar, variando a extensão da pressão aplicada.
Ventiladores inclinados para trás
Os ventiladores inclinados para trás são construídos de modo a que as suas pás sejam afastadas do sentido de rotação. A sua eficiência é consideravelmente mais elevada do que a dos ventiladores curvados para a frente. As arestas das pás desenvolvidas nos ventiladores inclinados para trás são concebidas de forma óptima para minimizar qualquer modo de turbulência e fricção no percurso do fluxo.
Por este motivo, são capazes de atingir pressões muito elevadas em relação a outras medidas, o que os torna ideais para utilização em aplicações com requisitos de pressão muito elevados, como sistemas de exaustão industrial e manuseamento de materiais.
Ventiladores de pás radiais
O primeiro e mais importante destes dispositivos é um ventilador centrífugo de pás radiais, que prevê pás radiais rectas cortadas do cubo do ventilador. São também muito populares porque são capazes de manter o desempenho em condições de stress, sobretudo no manuseamento de gás a alta temperatura ou ar cujos fluxos têm partículas. Encontram aplicação extensiva em períodos de combustão de processos industriais, exaustores em centros perigosos e em qualquer reunião que exija um desempenho decente em ambientes sujos. Estes tipos combinados de ventiladores requerem uma grande tolerância de ângulos em vez de dependerem do perfil das pás, embora o desgaste gerido não afecte a eficiência estática.
| Tipo de ventilador | Caraterísticas principais | Aplicações comuns |
| Ventilador curvado para a frente | Caudal de ar elevado, baixa pressão, funcionamento relativamente silencioso | Sistemas HVAC, circulação geral de ar |
| Ventilador inclinado para trás | Pressão mais elevada, mais eficiente, turbulência reduzida | Sistemas de exaustão industrial, manuseamento de materiais |
| Ventilador de pás radiais | Lâminas rectas, elevada durabilidade, trata o ar carregado de partículas | Exaustão a alta temperatura, processos industriais |
Ventiladores Centrífugos vs Ventiladores Axiais: Uma Comparação para Aplicações de Arrefecimento Compactas
Para compreender plenamente as caraterísticas dos ventiladores centrífugos versus ventiladores axiais, é importante reconhecer as suas principais variações. Os ventiladores centrífugos desviam as rajadas de ar radialmente, fazendo assim uma curva de 90 graus no fluxo de ar, enquanto que com um ventilador axial o fluxo de ar é paralelo à direção axial da rotação das pás. Quando se trata de ventiladores de arrefecimento integrados, o design centrífugo é por vezes preferido devido às suas caraterísticas de construção, incluindo a geração de maior pressão para aplicações turbulentas.
Por outro lado, os ventiladores axiais são apropriados para aplicações que privilegiam elevados caudais e baixa resistência ao fluxo. São relativamente baratos e mais frequentemente utilizados em ventiladores industriais para fins de ventilação geral e refrigeração. No entanto, no caso de ventiladores de arrefecimento compactos para eletrónica, o que significa que têm de estar dentro de certos tipos de espaço amorfo, os ventiladores centrífugos, que permitem uma boa natureza compacta, são frequentemente melhores.
Para uma análise mais aprofundada das abordagens de ventiladores centrífugos e axiais, consulte o nosso blogue anterior aqui.
Técnicas de otimização do desempenho
Ao tentar desenvolver a eficiência de um ventilador centrífugo, existem formas de otimizar o desempenho e a eficiência globais. A arte do design requer a conceção para reduzir as perdas de eficiência, principalmente as perdas de eficiência por turbulência e fricção, enquanto se tenta manter um equilíbrio entre a pressão.
Equilíbrio entre pressão estática e dinâmica
É evidente que os ventiladores centrífugos devem ser projectados para atender às pressões estáticas e dinâmicas para que o desempenho seja melhor alcançado. Considerando isto, a pressão estática é a pressão que resiste ao fluxo de ar no sistema, enquanto a dinâmica se refere à pressão dentro do sistema como resultado do movimento das pás radiais do ventilador. Os processos eficazes de movimentação do ar só podem ser realizados se houver uma gestão adequada da manutenção destas duas pressões a um nível mínimo.
Por exemplo, tem de haver uma seleção razoável do caudal CFM por pé cúbico por minuto, tendo em conta as dimensões dos ventiladores e os requisitos de pressão, de modo a reduzir ao máximo os custos de energia e, ao mesmo tempo, permitir um desempenho razoavelmente bom do sistema.
Minimizar as perdas devidas a fricção e turbulência
A maior parte da energia é perdida nos ventiladores centrífugos devido a perdas por fricção e turbulência. É por isso que os projectistas podem reduzir significativamente estas ineficiências alterando a forma interna do ventilador.
Por exemplo, uma voluta corretamente aplicada com uma secção transversal suave e aerodinâmica reduzirá as perdas por fricção. Do mesmo modo, uma conceção cuidadosa das pás que compõem o impulsor pode diminuir a turbulência no percurso do fluxo de ar, de modo a que o ventilador, por sua vez, possa funcionar de forma optimizada.
No entanto, em alguns casos, os fabricantes podem até fornecer esses revestimentos internos aos elementos do ventilador que estão expostos ao ar, como o cubo, para fornecer proteção contra elementos e abrasão, ajudando a melhorar a eficácia a longo prazo.
Aumentar a durabilidade em ambientes desafiantes
Especialmente em aplicações específicas, tais como situações em que existe a presença de partículas abrasivas ou gases corrosivos. A aplicação de proteção adicional, como a conceção de motores encapsulados, revestimentos protectores ou outras melhorias na conceção, permite que o ventilador funcione de forma eficiente e fiável, uma vez que há menos necessidade de manutenção devido ao desgaste ambiental. Por fim, a resolução da perda de eficiência através da aplicação de uma proteção adicional não só melhora o desempenho como também aumenta a vida útil do ventilador.
Aplicações dos ventiladores centrífugos em vários sectores
Os ventiladores centrífugos têm uma variedade de aplicações em toda a indústria, desde sistemas de ventilação em edifícios comerciais a processos industriais pesados. Especialmente nas esferas do movimento do ar, temperatura e controlo da qualidade do ar, onde a eficiência é uma necessidade absoluta, são realmente valiosos e é por isso que são utilizados em quase todas as indústrias.
Sistemas HVAC
Os ventiladores centrífugos são utilizados em sistemas AVAC para distribuição de ar, ventilação e arrefecimento. Na maioria dos casos, os ventiladores de pás curvadas para a frente ou radiais são preferidos para este tipo de aplicações devido à sua capacidade de lidar com grandes volumes de ar com um ruído relativamente baixo. Estes dispositivos não substituem o movimento interno do ar e a sua purificação, mas melhoram significativamente o funcionamento do sistema de aquecimento e ventilação, limpando e distribuindo também ar fresco. Além disso, estes ventiladores ajudam a controlar a temperatura e a satisfazer as necessidades de aquecimento e arrefecimento das estruturas de forma eficiente.
Sistemas de exaustão e filtragem industriais
Nas indústrias onde o ar está contaminado com gases perigosos ou tem grandes cargas de poeiras, os sistemas de exaustão e filtragem industriais incorporam ventiladores centrífugos de pás inclinadas para trás ou radiais. A disposição utilizada nestes ventiladores abrange uma gama de temperaturas ou um elevado fluxo de ar carregado de poeiras. É eficaz no fornecimento de ar respirável devido à temperatura de funcionamento segura da complexidade. Os ventiladores industriais expulsam os gases de escape e outros poluentes e contribuem para a satisfação das medidas ambientais e de segurança relativas à deposição de contaminantes. Trabalham no sentido de melhorar as normas internacionais em matéria de sistemas de ventilação industrial. Estes ventiladores cumprem a tarefa de eliminar as temperaturas elevadas e os fumos ou poeiras perigosos ou o calor muito elevado para equilibrar o estado do ar, de modo a que os componentes das máquinas equilibrem esse ar e evitem aspirar sobre eles poeiras excessivas que os destroem.
Arrefecimento eletrónico
As ventoinhas centrífugas para dispositivos de refrigeração são estritamente utilizadas para reduzir os processos de aquecimento causados por componentes electrónicos nas aplicações de refrigeração. Neste aspeto, o desempenho das ventoinhas centrífugas tem sido bem regulado, uma vez que são utilizados sistemas de nebulização/umidade elevada nos sistemas de arrefecimento para garantir que o sistema não sobreaquece e que o desempenho se mantém elevado.
Devido ao seu invólucro em voluta, os ventiladores centrífugos possuem uma configuração compacta, o que facilita a remoção do calor da eletrónica, mesmo quando esta se encontra praticamente alojada em compartimentos com espaço limitado. Ao facilitar o fluxo de ar adequado e a manutenção da temperatura, os ventiladores centrífugos também ajudam a aumentar a vida útil dos instrumentos electrónicos e a reduzir a probabilidade de falhas por sobreaquecimento. Devido à potência cada vez maior e ao tamanho cada vez mais reduzido dos dispositivos electrónicos, o seu arrefecimento, incluindo a utilização de ventiladores centrífugos, tornar-se-á cada vez mais importante.
Conclusão
Não existem atalhos no projeto de um ventilador centrífugo, que é uma tarefa bastante complexa que requer alguns conhecimentos de base sobre os princípios aerodinâmicos, as propriedades dos materiais, bem como a aplicação pretendida do ventilador. Concentrando-se em aspectos como a configuração das pás do ventilador centrífugo, os materiais corretamente compreendidos para a caixa do ventilador, bem como os passos dos métodos de melhoria do desempenho do ventilador, os projectistas podem produzir ventiladores com elevada produtividade, menor consumo de energia e maior fiabilidade. Mesmo com a contínua industrialização de bens de consumo, os ventiladores centrífugos são e serão de grande design e, portanto, de procura crescente.
Para obter uma vantagem competitiva, os fabricantes terão de se manter actualizados sobre as novas tendências na conceção de ventiladores centrífugos e sopradores, em particular sobre a forma das pás e as inovações de materiais. Em conclusão, os ventiladores centrífugos e outras tecnologias relacionadas com o movimento do ar são fundamentais para quase todas as indústrias e uma conceção correta pode significar muito no final.
English 
Spanish 
French 
Russian 
Japanese 
German 
Portuguese